超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC

蒙特卡罗方法对于复杂核系统的模拟具有明显优势,然而在实际工程应用中存在巨大的挑战,如复杂结构与材料分布精准建模难度大、计算收敛速度慢、海量数据难以及时有效分析等。超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC设计为支持以辐射输运为核心,包含燃耗、辐射源项/剂量/生物危害、材料活化与嬗变等的综合中子学计算,支持热工水力学、结构力学、化学、生物学等多物理耦合模拟。SuperMC目前已发展了精准建模、高效计算、四维可视化等关键技术,通过2 000余个国际基准模型及实验的验证与确认,在反应堆工程等方面获得广泛应用,本文对其发展概况进行介绍。     

反应堆中子学分析精准建模方法

复杂反应堆存在精细几何结构,传统手工方式建模难以保证计算模型的精度。本文发展了基于辅助面的复杂结构智能分解技术和样条面处理方法,能够将复杂精细模型自动精准地转换为蒙特卡罗计算模型。本文对基于SuperMC建立的精细的国际热核聚变实验堆(ITER)C-Lite模型和手工建立的Benchmark模型典型部件的体积进行对比,结果显示该方法使得ITER的建模精度提升了近10倍。     

基于放射治疗计划系统的二重癌风险预测分析

放疗引发二重癌,已成为威胁癌症患者生存质量的重要因素.本文对临床放疗引发的二重癌进行风险预测分析,并对基于二重癌风险预测的计划评估方式展开了探索性研究.选择临床胰腺癌病例,使用FDS团队自主研发的精确放射治疗软件系统(Accurate/Advanced Radiotherapy System,ARTS)设计两个调强放疗...     

基于参数的可视化裂变堆芯蒙特卡罗自动建模方法

蒙特卡罗程序已经广泛应用在裂变反应堆设计和验证过程中,快速获得高效的计算模型可以有效缩短反应堆的设计周期。本研究提出并实现了一种裂变堆芯快速蒙特卡罗建模的方法,该方法基于参数可视化和层次化两种建模思想快速构建出精细裂变堆芯计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)模型且将其快速转换成蒙特卡罗计算模型,同时采用一种新的堆芯分段管理方法实现了大规模裂变堆模型流畅交互。基于此方法快速构建了加速器驱动次临界反应堆(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)的精细堆芯模型,通过与蒙特卡罗程序计算的参考结果进行对比,证明了此建模方法的高效性和可靠性。     

Multi-objective optimization of inverse planning for accurate radiotherapy

The multi-objective optimization of inverse planning based on the Pareto solution set, according to the multi-objective character of inverse planning in accurate radiotherapy, was studied in this paper. Firstly, the clinical requirements of a treatment pl     

A hybrid voxel sampling method for constructing Rad-HUMAN phantom

An accurate and fast sampling method was developed on the modeling of a voxel phantom called RadHUMAN for radiation protection of MC-based radiation transport and simulation.The segmented organ voxels,which were assigned with three dimensional(3D) coordinates,were simplified through a two-step hybrid sampling algorithm.Firstly,certain voxels were sampled into a coordinate matrix by the nearest neighbor sampling.Secondly,the coordinate matrix was renewed using a weighted sampling.To compare visualization with the sampling,the resultant matrix was used to extract the contour of organs/tissues for constructing polygon-surface phantom.The feasibility and effectiveness of the sampling method was vcriiied through the modeling of large organs(e.g.skeleton system) and application of transformation to MC computational geometries.     

MCNP大规模重复结构体素的实时交互可视化方法研究

蒙特卡罗粒子输运程序MCNP在使用重复结构描述复杂的体素模型时,将会产生大规模的重复结构体素数据.当前对这种数据进行可视化分析时,缺乏对可视化模型进行交互操作的实时响应方法.本文提出了一种基于数据裁剪和体素隐藏的大规模重复结构体素数据的实时交互可视化方法,并基于可视化开发包VTK加以实现.以FDS团队自主构建的中国成年女性数字化辐射计算模型FDS-HUMAN为代表的测试结果表明,该方法不仅直观的实现了模型的可视化,同时还支持对旋转、切片和放缩等交互操作的快速响应.本文的方法实现了对MCNP大规模重复结构体素数据的实时交互可视化,提高了MCNP计算数据的可视化分析效率.     

基于最小包围盒策略的人体辐射剂量评估方法研究

在核设施停堆维修过程中,需要对维修工人受到的辐射剂量进行预评估。传统的评估方法是将人体简化为一个质点,无法精确评估不同器官的受照剂量。本文发展了一种基于包围盒策略的人体辐射剂量评估方法,并成功应用到国际热核聚变实验堆ITER极向场线圈维修工作人员辐射剂量评估中,结果表明,该方法不仅能提供更为精确的人体剂量评估结果,还能提供人体器官受照剂量,对考虑到器官剂量限值的工人作业方案制定有重要意义。     

聚变数据库系统FusionDB研发与应用

聚变研究和设计是一项需国内外广泛合作的系统工程,积累和共享数据是当前重要任务。为了更好地整合聚变数据,FDS团队设计和研发了集聚变数据和数据处理与分析软件于一体的聚变数据库系统FusionDB,系统涵盖了聚变堆设计与安全分析关键数据,是国际上首个包括核数据、材料数据、部件数据、聚变物理实验数据以及核计算仿真和可靠性与概率安全分析等功能的综合型聚变数据库系统。FusionDB已应用于国际热核聚变实验堆ITER、中国科学院FDS系列聚变堆概念设计与研究中。